JP3695330B2 - 画像圧縮方法及び装置、記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データの圧縮技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、画像データの解像度はますます高くなり、画像を表示するためには、多階調を表すための多値データ分及びカラーを構成する原色データ数分の膨大な容量のフレームバッファメモリが必要となっている。しかも、データ転送速度を向上させるためにフレームバッファメモリをＩＣに内蔵することもあり、コスト増加の原因となっている。そこで、データ量を低減するため空間周波数を利用した圧縮などが考えられているが、単純に重要度の低い下位ビットを切り捨てる方法を用いると非可逆圧縮であるため歪みやノイズが発生して画質が劣化する。
【０００３】
このため、本願出願人は、このような従来手法で問題となっていた画質の劣化を防止しながら圧縮率の向上を図ることのできる技術を提供することを目的として、特願２０００−１３０１７７号（以下、先願と称す。）において可逆圧縮を用いる手法を提案した。この先願手法の概念を図２に例示する。それは、色選択部にて任意の色を選択し、データ分離部の選択色位置検出ブロックにてその選択色の位置を検出して位置データを生成し、分離ブロックにて入力画像データからその選択色を抜き出し、分離された残存画像データと前記位置データとをデータ圧縮部にて別々に圧縮する手法である。ここで、複数色を選択した場合には、まずある１色を抜き出して位置データと残存画像データとに分離し、その残存画像データから次の１色を抜き出して位置データと残存画像データに分離する、という動作を色数分だけ同様に繰り返す。図３は、この分離動作によって生じるデータを例示しているが、このようにすると、入力画像データに含まれる非選択色のデータ（対象画像中に現選択色がないという情報）が各選択色位置データに含まれることによって冗長性を増大させ、符号量を増大させてしまうといった改良の余地がある。つまり、図３において選択色判定をした結果、選択色と一致するかしないかを示す位置データ中には、全て非選択色のデータも含まれている。
【０００４】
そこで本発明は、冗長性を低減させた可逆圧縮であり、画像データを効率よく圧縮してデータ量を低減させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像圧縮方法によれば、多値の画像データを圧縮するに際して、画像データを、任意に選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された複数色の部分のデータ全体の存在する位置を示す全選択色位置データと、選択色のデータのみで構成される選択色データとに分離し、さらに前記選択色データを、所定の選択色の順に、その選択色のデータが存在する位置データとその選択色のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される選択色残存画像データに順次分離する。そして、残存画像データと、全選択色位置データと、各選択色の位置データとを、別々に圧縮する
【０００６】
まず、残存画像データと位置データとに分離することによる基本的メリットについて説明する。
残存画像データは、選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成されるデータである。選択する色は任意であるが、発明の効果に対する理解を容易にするため具体例で説明する。
【０００７】
例えば地図画像を考えた場合、道路が種別によって複数の色で描かれている場合、それらの道路の色は背景色の連続性を頻繁に分断することとなり、例えばランレングス変換した際に同じデータが連続するのを妨げていることとなる。これに対して、この道路部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで残存画像データを構成することにより、背景色の連続性が向上し、上述のランレングス変換した際に同じデータが連続する可能性が大きくなる。したがって、このように選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データを圧縮すると、相対的に圧縮効率が向上することとなる。上述例で言えば、道路の多い画像データほど、逆に残存画像データの圧縮効率の向上は期待できると言える。そのため、選択された色の部分が存在する画像中の位置を示す位置データについては別に圧縮したとしても、トータルとしては、元の画像データをそのまま圧縮する場合に比べて圧縮効率が向上する可能性が大きくなると言える。そのため、従来手法と同じデータ量に圧縮することを考えた場合に、従来手法では非可逆圧縮をしなくてはならない状況であっても、本発明方法の場合には可逆圧縮でもよい可能性が高くなり、あるいは非可逆圧縮するにしても、切り捨てるデータ量が相対的に少なくて済み、画質の劣化を抑制することが可能となる。
【０００８】
そして、位置データについては非可逆には圧縮できないので、可逆的に圧縮される。したがって、その位置データに基づいて選択された色を戻せば、選択色は可逆的となる。例えば背景色を選択した場合には、その背景色が可逆的に処理されることとなり、色が変わることがなく画質向上に寄与する。なお、色を戻すためには選択色を示すデータも必要であるが、そのデータ量は圧縮対象のデータ量と比較すれば無視できる程度の量であるため、全体として圧縮効率が向上することに何ら支障はない。
【０００９】
このような基本的メリットは本願出願人による上述の先願においても得られるものであるが、本発明では、この先願に対してさらに次のような優位性がある。すなわち、先願の圧縮手法であると、図２及び図３を参照して説明したように、まずある１色を抜き出して位置データと残存画像データとに分離した場合、その位置データ中には非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。同様に、残存画像データから次の１色を抜き出して位置データと残存画像データに分離した場合のその位置データ中にも非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。これは、複数色を順次分離していくことによって、最後の色を分離して初めて最終的な残存画像データが生成される手法となっていたことに起因する。
【００１０】
それに対して本発明の場合には、初期に、「最終的な」残存画像データを生成することによって、選択色データ中における非選択色データに関する冗長性を低減している。つまり、最終的に選択されない色に関するデータ（つまり残存画像データ）は選択色データ中に存在しないため、冗長性が低減して圧縮効果を高めることができる。また分離後の各選択色の位置データのラン長が長くなる効果を生み、さらなる圧縮が期待できる。
【００１１】
ところで、先願の手法の場合には、位置データは選択された色の数しかないが、本発明手法の場合には、 選択色それぞれに対応する位置データに加えて、初期に生成される全選択色位置データが存在することとなる。そのため、最終的な残存画像データの元データに対する割合が相対的に大きい場合には、本発明手法が有効であるし、逆に残存画像データの割合が相対的に小さい場合には、先願の手法の方が有効となることも考えられる。
【００１２】
そこで、請求項２に示すように、第１の圧縮手法（つまり請求項１に記載の手法）と第２の圧縮手法（つまり先願の手法）のいずれの手法を用いるかを、画像データの画像的特徴に基づいて決定し、その決定された圧縮手法を用いて圧縮することが考えられる。このようにすれば、入力画像に適した（つまり、より効率の高い）圧縮を実現できる。
【００１３】
一方、請求項３に示す発明は、請求項１に示した画像圧縮方法を実現するための装置としての一例であり、請求項４に示す発明は、請求項２に示した画像圧縮方法を実現するための装置としての一例である。そして、これらの画像圧縮装置においても、それぞれ上述した場合と同様の効果を発揮できる。なお、 請求項４記載の画像圧縮装置における圧縮手法決定手段は、画像データの画像的特徴に基づいて第１あるいは第２の画像圧縮方法のいずれを用いるかを決定するが、その際、例えば請求項５に示すように、色選択手段によって選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データの全画像データ中に占める割合に基づいて決定することが考えられる。例えば色数と割合に応じて圧縮効率の優劣を予め実験などで検証しておき、その結果を参考にして決定すればよい。
【００１４】
ところで、第２のデータ分離手段は、選択色データから複数の色を順次分離していくのであるが、この際、請求項６に示すように、優先度決定手段によって決定された優先度の高い色の順に分離することが考えられる。そして、この場合、請求項７に示すように、最も優先度の低い位置データについては圧縮しないようにしてもよい。２番目に優先度の低い位置データが存在しない位置は、最も優先度の低い位置データが存在することとなるので、その位置は特定可能だからである。但し、請求項６のように「最も優先度の低い位置データ」についても圧縮する場合には、次のメリットがある。つまり、最も優先度の低い位置データについては、必ず同じデータが連続している（例えば選択色を１で表した場合には、全部１でないといけない）はずである。したがって、同じデータが連続していない場合には、何らかの誤った処理が実行された可能性がある。このような誤処理判定ができる。
【００１５】
また、色選択手段による色の選択に関していくつかの例を挙げる。
まず請求項８に示すように、画像データ中での使用量に基づいて色を選択することが考えられる。その際、請求項９に示すように、画像データを用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置から指示された色を選択することが考えられる。例えば地図を画像データとして用いるナビゲーション装置を外部装置とすれば、そのナビゲーション装置から上述した道路や背景の色を指示すればよい。一方、請求項９のように外部から指示されるのではなく、請求項１０に示すように、画像データ中で相対的に多く使用されている色を画像圧縮装置が自ら検出するようにしてもよい。例えば色毎にカウントすれば検出できる。
【００１６】
一方、優先度決定手段による優先度の決定に関しても同様の実現手法が採用できる。つまり、請求項１１に示すように画像データ中での使用量に基づいて優先度を決定する。その例として、請求項１２に示すように画像データを用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置からの指示に応じて優先度を決定したり、請求項１３に示すように画像データ中で相対的に多く使用されている色を画像圧縮装置が自ら検出し、その検出量が多いほど優先度を高く決定することが考えられる。
【００１７】
次に、位置データについて説明する。位置データは、例えば１色毎に存在する位置を０，１で示す手法、つまり１色あたり１ビットで示すことが考えられる。この場合、色選択手段が複数の色を選択できるようにすると、ｎ色を示すのにｎビット必要となる。一方、ｎビットで２n−１ の色を示すような位置データに設定してもよい。例えば色として赤、緑、青の３色を選択した場合を想定すると、「００」がいずれの色も選択されていない状態を示し、「０１」が赤を示し、「１０」が緑を示し、「１１」が青を示すようにすれば、２ビットで３色を示すことができる。つまり、この考え方であれば、ｎビットで２n−１ の色に対応できる。これら２つの手法については、位置データのデータ量自体で考えた場合、ｎビットで２n−１ の色を示す手法の方が小さなデータ量となり圧縮効率が向上する可能性がある。但し、１色あたり１ビットで示す手法、つまりｎ色に対してｎビットで示す場合には、各色に対応する位置データにおける圧縮率が高くなるため、トータルとしての圧縮効率が向上する可能性がある。したがって、いずれの手法の方が必ず優位であるということは言えない。
【００１８】
一方、本発明の場合には、画像データから分離した残存画像データ、全選択色位置データ及び位置データを別々に圧縮することが、この別々に圧縮する際には、請求項１４に示すように、分離された各データを並列に圧縮するようにしてもよい。もちろん、リアルタイム性が要求されないのであれば、１つのデータ圧縮手段にて順番に複数回、圧縮処理しても実現できる。
【００１９】
そして、このデータ圧縮手段についてはどのような圧縮手法を用いてもよいが、例えば、画像データをエントロピーを低減するように変換し、その変換されたデータに可変長符号を割り当て、その符号化された画像データのデータ量を制御することが考えられる。符号化に際しては、例えば、ハフマン符号化により可変長符号化することが考えられる。このようにすれば、データ変換手段で出力されるデータに対して効率的に符号を割り当てることが可能となる。
【００２０】
そして請求項１５に示すように、データ変換に際して、全選択色位置データあるいは各選択色の位置データに対しては２値ランレングスで変換処理を施し、残存画像データについては多値ランレングスで変換処理を施すことが考えられる。全選択色位置データ及び各選択色の位置データに対しては２値データで表せるため、２値ランレングスで十分であり、このようにデータの性質に応じたランレングスを用いることにより、全体として小さな回路で高速にデータを圧縮することが可能となる。
【００２１】
また、請求項１６に示すように、全選択色位置データあるいは位置データに対しては２値ランレングスで変換処理を施し、残存画像データについてはビットプレーンに分解し、各ビットプレーンのデータに対して順次シリアルに又はパラレルに２値ランレングスで変換処理を施すことも考えられる。このように、選択されていない色に対応するデータについてはビットプレーンによる多精度表現をし、重要度に応じてプレーンに分けることで例えば非可逆圧縮をする際の処理が容易となる。例えば、符号量制御に際して低次のビットプレーンから順番に切り捨てればよいからである。つまり、単純に下位ビットを切り捨てる方法を用いると画質が劣化するが、ビットプレーン単位で重要度が低いものから順番に切り捨てるので、非可逆圧縮によって符号量制御を行っても再現画像に対する影響が相対的に小さくなる。
【００２２】
なお、ビットプレーンに分解することを前提としなくても、符号量制御に際しては、残存画像データについては非可逆的な圧縮を施し、相対的に高圧縮率での圧縮処理を行うことが考えられる。つまり、残存画像データについては非可逆圧縮が可能なので、圧縮データを格納しておくメモリ量が制限されている場合には、このようにして対応すればよい。選択されていない色に対しては可逆圧縮することで、データの符号量を一定にしながら、しかも選択された色は伸長時に完全に元の色となるため、画質向上にも寄与できる。
【００２３】
また、データ変換手段に関しては請求項１７に示すような工夫を施しても良い。つまり、ランレングス処理において、ランレングス変換した際の出力であるラン長が設定した最大値を超える場合、その最大値を出力後、ラン長が０である符号を付加するのである。これは、次の点を考慮した場合の工夫である。ランレングス処理をハードウェアで実現する際、ラン長は内部のカウンタのビット幅に制限される。ここでラン長がビット幅を超える際、ラン長が０であるという符号を挿入する。例えばラン長が８ビットのカウンタにより数えられるハードウェアにおいて、実際のラン長が２６０である場合、２５５，０，５と出力する。ラン長０を挿入することによりビット幅の制限を超えたラン長に対して、符号を割り付けることが可能となる。
【００２４】
また、データ変換手段が各選択色の位置データに対して２値ランレングスで変換処理を施すことを前提とした場合には、請求項１８に示すように、第２のデータ分離手段が優先度決定手段によって決定された優先度の高い色の順に選択色の位置データと選択色間引き画像に順次分離すると共に、その優先度決定手段は、画像データ中の処理方向への色の連続度合いを求め、その連続度合いが高い色の優先度を高くするようにしてもよい。このようにすれば、各選択色の位置データを連続性の高いデータに変換することができ、効率的に圧縮できる。
【００２５】
また、請求項１９に示すように、データ圧縮手段における符号化に関しては、第１のデータ分離手段によって分離された全選択色位置データや残存画像データ、あるいは第２のデータ分離手段によって分離された各選択色の位置データが、処理対象中全て同一データである場合、それを意味する符号に置き換えるようにしてもよい。このようにすれば、符号量の削減がさらに期待できる。
【００２６】
なお、請求項２０に示すように、画像圧縮装置の各手段をコンピュータシステムにて実現する機能は、例えば、コンピュータシステム側で起動するプログラムとして備えることができる。このようなプログラムの場合、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。この他、ＲＯＭやバックアップＲＡＭをコンピュータ読み取り可能な記録媒体として前記プログラムを記録しておき、このＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭをコンピュータシステムに組み込んで用いても良い。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００２８】
［第１実施例］
図１は第１実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本画像圧縮装置は、色選択部１０と、データ分離部２０と、データ圧縮部３０とを備えており、入力した多値の画像データに対して圧縮処理を施すことができるようにされている。
【００２９】
色選択部１０は圧縮対象の画像データ中に含まれる色を選択してデータ分離部２０へ指示し、その指示された色に応じてデータ分離部２０が画像データを分離する。色選択部１０による色選択に関しては、原画像の任意の色であればよく、例えば原画像として地図画像を採用した場合には、例えば道路の色などが考えられる。また、その原画像を用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置から指示された色を選択することが考えられる。例えば原画像が地図画像であればナビゲーション装置からの指示に応じる、といった具合である。
【００３０】
ここでは３つの色を選択色として設定したと仮定し、その場合のデータ分離に関して、図２〜図５も参照して説明する。なお、先願との差異を明確にするため、図２には、先願の手法を実現する場合の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図、図３には、先願の手法のデータ分離状況を示した。また、図４及び図５は本実施例の手法のデータ分離状況を示しているが、図４では残存画像データが少ない場合のデータ分離状況を、図５には残存画像データを多く含む場合におけるデータ分離状況を示した。
【００３１】
まず、多値の入力画像データＤ１に対し、データ分離部２０中の全選択色位置検出ブロックにて３つの選択色が入力画像データのどこにあるのかを検出して、全選択色位置データＤ２を生成する。さらに、第１の分離ブロックにて、選択色のみのデータ（画像選択色データＤ３）と、入力画像データＤ１から画像選択色データＤ３を抜き出した画像（残存画像データＤ４）とに分離する。
【００３２】
この全選択色位置データＤ２はこの時点でデータ圧縮部３０に送られ、２値ランレングス変換後、符号化（符号表から符号を割り付ける）される。また、残存画像データＤ４もこの時点でデータ圧縮部３０に送られるが、残存画像データＤ４の場合には、まずビットプレーンに分解してから２値ランレングス変換を施し、符号化を行う。
【００３３】
一方、画像選択色データＤ３については、データ分離部２０の選択色位置検出ブロックにて、まず、設定された優先度が最も高い選択色で判定し、第２の分離ブロックにて、画像選択色データＤ３中におけるその選択色が存在する位置を示す第１位置データ５と、画像選択色データＤ３中からその選択色（つまり、優先度が最も高い選択色）を抜き出した選択色残存画像データＤ６を分離する。このように分離されて生じた選択色残存画像データＤ６は、選択色位置検出ブロックに送られて、次に優先度の高い選択色で判定し、第２の分離ブロックにて、画像選択色データＤ３中におけるその選択色（つまり、次に優先度の高い選択色）が存在する位置を示す第２位置データＤ７と、画像選択色データＤ３中からその選択色（つまり、次に優先度の高い選択色）を抜き出した選択色残存画像データＤ８に分離する。この動作を設定した選択色の数だけ繰り返す。本実施例であれば、入力画像データＤ１から３つの選択色それぞれに対応する位置データ（つまり、第１，第２，第３位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９）を分離する。これらの位置データは、順次データ圧縮部３０に送られ、ランレングス変換後、符号化される。
【００３４】
このように、本実施例の画像圧縮装置によれば、多値の画像データを圧縮するに際して、残存画像データＤ４と位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９とに分離することにより、次のような基本的メリットが得られる。
残存画像データＤ４は、選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成されるデータであるが、例えば地図画像を考えた場合、道路が種別によって複数の色で描かれている場合、それらの道路の色は背景色の連続性を頻繁に分断することとなり、例えばランレングス変換した際に同じデータが連続するのを妨げていることとなる。これに対して、この道路部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで残存画像データを構成すると背景色の連続性が向上し、上述のランレングス変換した際に同じデータが連続する可能性が大きくなる。したがって、このように選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データＤ４を圧縮すると、相対的に圧縮効率が向上する。
【００３５】
上述例で言えば、道路の多い画像データほど、逆に残存画像データの圧縮効率の向上は期待できると言える。そのため、選択された色の部分が存在する画像中の位置を示す位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９については別に圧縮したとしても、トータルとしては、元の画像データをそのまま圧縮する場合に比べて圧縮効率が向上する可能性が大きくなると言える。
【００３６】
なお、位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９については非可逆には圧縮できないので、可逆的に圧縮される。したがって、その位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９に基づいて選択された色を戻せば、選択色は可逆的となり、色が変わることがなく画質向上に寄与する。なお、色を戻すためには選択色を示すデータも必要であるが、そのデータ量は圧縮対象のデータ量と比較すれば無視できる程度の量であるため、全体として圧縮効率が向上することに何ら支障はない。
【００３７】
このような基本的メリットは図２及び図３に示すような本願出願人による先願においても得られるものであるが、本実施例の場合には、この先願に対してさらに次のような優位性がある。
すなわち、先願の圧縮手法であると、まずある１色を抜き出して位置データと残存画像データとに分離した場合、その位置データ中には、非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。同様に、残存画像データから次の１色を抜き出して位置データと残存画像データに分離した場合のその位置データ中にも非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。
【００３８】
図３の選択色判定した結果を見れば、そのいずれにおいても、非選択色のデータが含まれていることが分かる。このことが冗長性を増大させ、符号量を増大させてしまう。これは、複数色を順次分離していき、最後の色を分離して初めて最終的な残存画像データが生成される手法となっていたことに起因する。
【００３９】
それに対して本実施例では、図４に示すように、初期に、「最終的な」残存画像データＤ４を生成することによって、画像選択色データＤ３中における非選択色データに関する冗長性を低減している。つまり、最終的に選択されない色に関するデータ（つまり残存画像データＤ４）は画像選択色データＤ３中に存在しないため、冗長性が低減して圧縮効果を高めることができる。また分離後の各選択色の位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９のラン長が長くなる効果を生み、さらなる圧縮が期待できる。
【００４０】
ところで、上記説明では、３つの選択色にそれぞれ対応して生成される位置データについて、全て符号化していたが、選択色画像データＤ３には選択色しか存在しないため、最も優先度が低い選択色の位置データＤ９は符号化しなくてもよい。
【００４１】
その理由は以下の通りである。
上記手法によれば、選択色画像データＤ３から優先度が最も高い色を抜き出して第１位置データＤ５と選択色残存画像データ６を生成し、その選択色残存画像データ６に対して次に優先度の高い色を抜き出して第２位置データＤ７と選択色残存画像データＤ８を生成する。この第２位置データＤ７は残り２色の内の当該選択色の相対的な位置を示すことになる。つまり、一般化して言えば、選択色の抜き出しを２番目に優先度の低い選択色判定まで繰り返したとすると、その際の選択色残存画像データＤ６には、２番目に優先度の低い選択色か最も優先度の低い選択色かの２つの画像データしか含まれていない。つまり、この段の判定において、２番目に優先度の低い選択色が存在しない位置にはかならず最も優先度が低い判定色が存在することとなる。従って最も優先度の低い選択色に対する位置データは判定しなくても、その位置を特定することができる。
【００４２】
但し、「最も優先度の低い位置データ」についても符号化した場合には、相対的に処理負荷が増えるが、この場合には、次のメリットがある。つまり、最も優先度の低い位置データについては、必ず同じデータが連続している（例えば選択色を１で表した場合には、全部１でないといけない）はずである。したがって、同じデータが連続していない場合には、何らかの誤った処理が実行された可能性がある。このような誤処理判定ができる。
【００４３】
また、データ圧縮部３０におけるランレングス処理をハードウェアで実現する際、そのラン長は内部のカウンタのビット幅に制限される。そこで、本実施例では、ラン長がビット幅を超える際、ラン長が０であるという符号を挿入するようにしている。例えばラン長が８ビットのカウンタにより数えられるハードウェアにおいて、実際のラン長が２６０である場合、２５５、０、１５と出力する。ラン長０を挿入することにより、ビット幅の制限を超えたラン長に対して符号を割り付けることが可能である。つまり、例えば０，１の２値の内、１のラン長が２６０であることを示す場合、単に２５５、５と表しただけでは、後の５が１のラン長を示すのか０のラン長を示すのかが不明となるが、このように、ラン長０を挿入することにより、２５５のラン長の１→０のラン長の０→５のラン長の１であることが明確になり、結果としてラン長が２６０の１を示していることとなる。これによって、８ビットのカウンタでも２５６以上のラン長を示すことができるようになる。もちろん、内部カウンタのビット幅を大きく設定しておけば対処できるが、このような長大なラン長になることが稀な場合には、無駄に大きなビット幅を持つこととなり、回路規模やコストの無駄に増大させてしまうこととなる。そのため、このような工夫が有効である。
【００４４】
なお、ハードウェアで実現する場合には、図６に示すように、データ分離部２０ｂにおける選択色の位置検出及び第２の分離を１サイクルで実行可能なため、データ圧縮部３０ｂを、分離して得られた複数色の位置データを並列に処理する構成にすることも可能である。同様に、残存画像データＤ４をビットプレーン分解した後、プレーン毎のデータを並列に処理することも可能である。
【００４５】
［第２実施例］
図７（ａ）に第２実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図を示す。本実施例では、入力画像データについて、残存画像データの（元画像に対する）割合を算出し、その算出した割合に基づいて、図２及び図３に示した先願の手法と、図１及び図４などに示した第１実施例の手法のいずれか一方を選択し、その選択された手法に応じたデータ分離・圧縮手法を用いる。
【００４６】
これは、次の点を考慮したものである。つまり、先願の手法の場合には位置データは選択された色の数しかないが、第１実施例の場合には、選択色それぞれに対応する位置データ（第１，第２，第３位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９）に加えて、初期に生成される全選択色位置データＤ２が存在する。そのため、最終的な残存画像データの元データに対する割合が相対的に大きい場合には、第１実施例の手法が有効であるし、逆に残存画像データの割合が相対的に小さい場合には、先願手法の方が有効となる。
【００４７】
そこで、いずれが有効かを判定し、有効な方の手法を採用する。これら両手法の有効性は、初期に全選択色位置データＤ２・画像選択色データＤ３と残存画像データＤ４とに分離することによる処理係数と、残存画像データの冗長性を許し順次選択色の位置データを生成することによる処理係数の違いで比較することができる。つまり、両手法の処理係数の関係から求めた入力画像データにおける非選択色（残存画像データ）の割合を用いる。図７（ｂ）にその閾値曲線を示す。この閾値曲線は、総画素数をＮ、選択色数をｎ、残存画素数をａとした場合に、残存画素数の割合（ａ／Ｎ）＝１／選択色数ｎとなる曲線である。
【００４８】
そして、図７（ａ）に示す残存画像データ割合算出ブロックでは、入力画像データをスキャンし、残存画像データの割合を算出する。そして、分離手法選択ブロックでは、求められた割合が閾値曲線の上方に位置する場合、残存画像データが多いため、第１実施例の手法で入力画像データを分離し、それぞれ別々に圧縮する方が有効であるため当該手法を選択する。一方、求められた割合が閾値曲線の下方に位置する場合、全選択色位置データは生成せずに従来手法によって圧縮を行う方が有効であるため、当該手法を選択する。
【００４９】
このように分離手法を適応的に変えることにより、入力画像に適した圧縮を実現することができる。
［第３実施例］
第１実施例では、色選択部１０による色選択に関して、原画像の任意の色であればよい旨や、原画像を用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置（例えばナビゲーション装置）から指示された色を選択することが考えられる旨を開示した。しかし、入力される画像の特徴に基づいて選択色を決定することが好ましい。また、第１の分離によって得られた画像選択色データＤ３に対して、第２の分離を行う順番についても入力される画像の特徴に基づいて選択色を決定することが好ましい。そこで、図８に示すように、色選択部１０においては、着目している色データの出現頻度を算出し、その結果に基づいて選択色を決定する。そして、色データの連続性を算出し、その結果に基づいて選択色優先度を決定する。これらの決定結果を用いて、第１実施例または第２実施例のデータ分離及びデータ圧縮を行う。
【００５０】
さらに具体的に説明する。例えば図９に示すように、画像データが５色（色番号１〜５）で表現され、選択色を３色とする場合を例にとって説明する。選択色は出現頻度とスキャン方向のデータの連続性により決定される。ランレングス処理において、エントロピーを低減するためにはラン長をなるべく長くなるように位置データをつくる必要がある。出現頻度が高い色はラン長が長くなる可能性が高い。従ってまず出現頻度が高いものから選択色を決定する。まず入力画像データＤ１をラスター方向にスキャンし、各色の出現頻度を求める。図９に示す例であれば色番号１，２，３が選ばれることになる。
【００５１】
出現頻度が同じである場合、さらに分離によるラン長を長くするため、スキャン方向の連続性が高い色の優先度を高くする。図９に示す例では色番号２，３の出現頻度が同一であるが、ラスター方向の連続性は色番号３の方が高い。従って選択色は優先度が高い順に色番号１→色番号３→色番号２の順に設定する。このように選択色を決定することにより各分離位置データを連続性の高いデータに変換する事ができ、効率的に圧縮することができる。
【００５２】
なお、この選択色の決定は入力画像データの第１フレーム時にのみ更新してもよく、またフレーム毎に更新しても構わない。例えば地図画像などのように背景・道路などのように画像を構成する基本要素がある程度固定である場合には、第１フレーム時にのみの更新でも、特段問題がないと思われる。
【００５３】
なお、本発明はこのような実施例に何等限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得る。
（１）上記実施例では複数色を選択することを前提とするため、ｎ色選択した場合はフラグファイルをｎファイル準備し、ｎビットで２n−１ の色の各々存在する位置を示す選択色フラグファイルを作成することが考えられる。例えば色として赤、緑、青の３色を選択した場合、「００」がいずれの色も選択されていない状態を示し、「０１」が赤を示し、「１０」が緑を示し、「１１」が青を示すようにすれば、２ビットで３色を示すことができる。つまり、この考え方であれば、ｎビットのデータ列からなる１つの選択色フラグファイルを準備すれば、２n−１ の色に対応できる。これによって、選択色フラグファイル自体のデータ量が相対的に低減し、圧縮効率の向上にさらに寄与する可能性がある。
【００５４】
（２）上記実施例では、圧縮対象の画像データの一例として地図画像を挙げたが、もちろんこれには限定されない。
（３）また、符号の割付に関しては、第１の分離ブロックによって分離された全選択色位置データＤ２や残存画像データＤ４、あるいは第２の分離ブロックによって分離された各位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９について、その処理対象のデータが同一データである場合、それを示す符号を決めておけば、例えば位置データをランレングス処理を施す場合に各選択色の異なるデータサイズに対する符号量を削減することが可能である。例えば図５に示す第１位置データＤ５は、画像選択色でＤ３に対して選択色判定を行った結果であるが、この場合は、全てのデータが選択色と一致しないので、同一データとなる。また、このような位置データだけでなく、残存画像データＤ４についても、ビットプレーン分解して２値ランレングス処理を行うため、位置データ同様、ビットプレーン単位で同一の情報を持つ可能性がある。そのため、処理対象をビットプレーン単位とすれば、処理対処中の全てのデータが同一でとなる可能性があるため、残存画像データＤ４についても本手法は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】先願の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】先願の手法のデータ分離状況を示す説明図である。
【図４】第１実施例の手法によるデータ分離状況（但し、残存画像データが少ない場合）を示す説明図である。
【図５】第１実施例の手法によるデータ分離状況（但し、残存画像データが多い場合）を示す説明図である。
【図６】選択色位置及びデータ分離をハードウェアを用いて１サイクルで行い、ランレングス変換及び符号化を並列に処理する場合の概略構成を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は第２実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は分離手法選択曲線の説明図である。
【図８】第３実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】第３実施例の場合の選択色及び優先度の決定方法の説明図である。
【符号の説明】
１０…色選択部、１５…優先度決定部、２０，２０ｂ…データ分離部、３０，３０ｂ…データ圧縮部
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データの圧縮技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、画像データの解像度はますます高くなり、画像を表示するためには、多階調を表すための多値データ分及びカラーを構成する原色データ数分の膨大な容量のフレームバッファメモリが必要となっている。しかも、データ転送速度を向上させるためにフレームバッファメモリをＩＣに内蔵することもあり、コスト増加の原因となっている。そこで、データ量を低減するため空間周波数を利用した圧縮などが考えられているが、単純に重要度の低い下位ビットを切り捨てる方法を用いると非可逆圧縮であるため歪みやノイズが発生して画質が劣化する。
【０００３】
このため、本願出願人は、このような従来手法で問題となっていた画質の劣化を防止しながら圧縮率の向上を図ることのできる技術を提供することを目的として、特願２０００−１３０１７７号（以下、先願と称す。）において可逆圧縮を用いる手法を提案した。この先願手法の概念を図２に例示する。それは、色選択部にて任意の色を選択し、データ分離部の選択色位置検出ブロックにてその選択色の位置を検出して位置データを生成し、分離ブロックにて入力画像データからその選択色を抜き出し、分離された残存画像データと前記位置データとをデータ圧縮部にて別々に圧縮する手法である。ここで、複数色を選択した場合には、まずある１色を抜き出して位置データと残存画像データとに分離し、その残存画像データから次の１色を抜き出して位置データと残存画像データに分離する、という動作を色数分だけ同様に繰り返す。図３は、この分離動作によって生じるデータを例示しているが、このようにすると、入力画像データに含まれる非選択色のデータ（対象画像中に現選択色がないという情報）が各選択色位置データに含まれることによって冗長性を増大させ、符号量を増大させてしまうといった改良の余地がある。つまり、図３において選択色判定をした結果、選択色と一致するかしないかを示す位置データ中には、全て非選択色のデータも含まれている。
【０００４】
そこで本発明は、冗長性を低減させた可逆圧縮であり、画像データを効率よく圧縮してデータ量を低減させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像圧縮方法によれば、多値の画像データを圧縮するに際して、画像データを、任意に選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された複数色の部分のデータ全体の存在する位置を示す全選択色位置データと、選択色のデータのみで構成される選択色データとに分離し、さらに前記選択色データを、所定の選択色の順に、その選択色のデータが存在する位置データとその選択色のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される選択色残存画像データに順次分離する。そして、残存画像データと、全選択色位置データと、各選択色の位置データとを、別々に圧縮する
【０００６】
まず、残存画像データと位置データとに分離することによる基本的メリットについて説明する。
残存画像データは、選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成されるデータである。選択する色は任意であるが、発明の効果に対する理解を容易にするため具体例で説明する。
【０００７】
例えば地図画像を考えた場合、道路が種別によって複数の色で描かれている場合、それらの道路の色は背景色の連続性を頻繁に分断することとなり、例えばランレングス変換した際に同じデータが連続するのを妨げていることとなる。これに対して、この道路部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで残存画像データを構成することにより、背景色の連続性が向上し、上述のランレングス変換した際に同じデータが連続する可能性が大きくなる。したがって、このように選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データを圧縮すると、相対的に圧縮効率が向上することとなる。上述例で言えば、道路の多い画像データほど、逆に残存画像データの圧縮効率の向上は期待できると言える。そのため、選択された色の部分が存在する画像中の位置を示す位置データについては別に圧縮したとしても、トータルとしては、元の画像データをそのまま圧縮する場合に比べて圧縮効率が向上する可能性が大きくなると言える。そのため、従来手法と同じデータ量に圧縮することを考えた場合に、従来手法では非可逆圧縮をしなくてはならない状況であっても、本発明方法の場合には可逆圧縮でもよい可能性が高くなり、あるいは非可逆圧縮するにしても、切り捨てるデータ量が相対的に少なくて済み、画質の劣化を抑制することが可能となる。
【０００８】
そして、位置データについては非可逆には圧縮できないので、可逆的に圧縮される。したがって、その位置データに基づいて選択された色を戻せば、選択色は可逆的となる。例えば背景色を選択した場合には、その背景色が可逆的に処理されることとなり、色が変わることがなく画質向上に寄与する。なお、色を戻すためには選択色を示すデータも必要であるが、そのデータ量は圧縮対象のデータ量と比較すれば無視できる程度の量であるため、全体として圧縮効率が向上することに何ら支障はない。
【０００９】
このような基本的メリットは本願出願人による上述の先願においても得られるものであるが、本発明では、この先願に対してさらに次のような優位性がある。すなわち、先願の圧縮手法であると、図２及び図３を参照して説明したように、まずある１色を抜き出して位置データと残存画像データとに分離した場合、その位置データ中には非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。同様に、残存画像データから次の１色を抜き出して位置データと残存画像データに分離した場合のその位置データ中にも非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。これは、複数色を順次分離していくことによって、最後の色を分離して初めて最終的な残存画像データが生成される手法となっていたことに起因する。
【００１０】
それに対して本発明の場合には、初期に、「最終的な」残存画像データを生成することによって、選択色データ中における非選択色データに関する冗長性を低減している。つまり、最終的に選択されない色に関するデータ（つまり残存画像データ）は選択色データ中に存在しないため、冗長性が低減して圧縮効果を高めることができる。また分離後の各選択色の位置データのラン長が長くなる効果を生み、さらなる圧縮が期待できる。
【００１１】
ところで、先願の手法の場合には、位置データは選択された色の数しかないが、本発明手法の場合には、 選択色それぞれに対応する位置データに加えて、初期に生成される全選択色位置データが存在することとなる。そのため、最終的な残存画像データの元データに対する割合が相対的に大きい場合には、本発明手法が有効であるし、逆に残存画像データの割合が相対的に小さい場合には、先願の手法の方が有効となることも考えられる。
【００１２】
そこで、請求項２に示すように、第１の圧縮手法（つまり請求項１に記載の手法）と第２の圧縮手法（つまり先願の手法）のいずれの手法を用いるかを、画像データの画像的特徴に基づいて決定し、その決定された圧縮手法を用いて圧縮することが考えられる。このようにすれば、入力画像に適した（つまり、より効率の高い）圧縮を実現できる。
【００１３】
一方、請求項３に示す発明は、請求項１に示した画像圧縮方法を実現するための装置としての一例であり、請求項４に示す発明は、請求項２に示した画像圧縮方法を実現するための装置としての一例である。そして、これらの画像圧縮装置においても、それぞれ上述した場合と同様の効果を発揮できる。なお、 請求項４記載の画像圧縮装置における圧縮手法決定手段は、画像データの画像的特徴に基づいて第１あるいは第２の画像圧縮方法のいずれを用いるかを決定するが、その際、例えば請求項５に示すように、色選択手段によって選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データの全画像データ中に占める割合に基づいて決定することが考えられる。例えば色数と割合に応じて圧縮効率の優劣を予め実験などで検証しておき、その結果を参考にして決定すればよい。
【００１４】
ところで、第２のデータ分離手段は、選択色データから複数の色を順次分離していくのであるが、この際、請求項６に示すように、優先度決定手段によって決定された優先度の高い色の順に分離することが考えられる。そして、この場合、請求項７に示すように、最も優先度の低い位置データについては圧縮しないようにしてもよい。２番目に優先度の低い位置データが存在しない位置は、最も優先度の低い位置データが存在することとなるので、その位置は特定可能だからである。但し、請求項６のように「最も優先度の低い位置データ」についても圧縮する場合には、次のメリットがある。つまり、最も優先度の低い位置データについては、必ず同じデータが連続している（例えば選択色を１で表した場合には、全部１でないといけない）はずである。したがって、同じデータが連続していない場合には、何らかの誤った処理が実行された可能性がある。このような誤処理判定ができる。
【００１５】
また、色選択手段による色の選択に関していくつかの例を挙げる。
まず請求項８に示すように、画像データ中での使用量に基づいて色を選択することが考えられる。その際、請求項９に示すように、画像データを用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置から指示された色を選択することが考えられる。例えば地図を画像データとして用いるナビゲーション装置を外部装置とすれば、そのナビゲーション装置から上述した道路や背景の色を指示すればよい。一方、請求項９のように外部から指示されるのではなく、請求項１０に示すように、画像データ中で相対的に多く使用されている色を画像圧縮装置が自ら検出するようにしてもよい。例えば色毎にカウントすれば検出できる。
【００１６】
一方、優先度決定手段による優先度の決定に関しても同様の実現手法が採用できる。つまり、請求項１１に示すように画像データ中での使用量に基づいて優先度を決定する。その例として、請求項１２に示すように画像データを用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置からの指示に応じて優先度を決定したり、請求項１３に示すように画像データ中で相対的に多く使用されている色を画像圧縮装置が自ら検出し、その検出量が多いほど優先度を高く決定することが考えられる。
【００１７】
次に、位置データについて説明する。位置データは、例えば１色毎に存在する位置を０，１で示す手法、つまり１色あたり１ビットで示すことが考えられる。この場合、色選択手段が複数の色を選択できるようにすると、ｎ色を示すのにｎビット必要となる。一方、ｎビットで２n−１ の色を示すような位置データに設定してもよい。例えば色として赤、緑、青の３色を選択した場合を想定すると、「００」がいずれの色も選択されていない状態を示し、「０１」が赤を示し、「１０」が緑を示し、「１１」が青を示すようにすれば、２ビットで３色を示すことができる。つまり、この考え方であれば、ｎビットで２n−１ の色に対応できる。これら２つの手法については、位置データのデータ量自体で考えた場合、ｎビットで２n−１ の色を示す手法の方が小さなデータ量となり圧縮効率が向上する可能性がある。但し、１色あたり１ビットで示す手法、つまりｎ色に対してｎビットで示す場合には、各色に対応する位置データにおける圧縮率が高くなるため、トータルとしての圧縮効率が向上する可能性がある。したがって、いずれの手法の方が必ず優位であるということは言えない。
【００１８】
一方、本発明の場合には、画像データから分離した残存画像データ、全選択色位置データ及び位置データを別々に圧縮することが、この別々に圧縮する際には、請求項１４に示すように、分離された各データを並列に圧縮するようにしてもよい。もちろん、リアルタイム性が要求されないのであれば、１つのデータ圧縮手段にて順番に複数回、圧縮処理しても実現できる。
【００１９】
そして、このデータ圧縮手段についてはどのような圧縮手法を用いてもよいが、例えば、画像データをエントロピーを低減するように変換し、その変換されたデータに可変長符号を割り当て、その符号化された画像データのデータ量を制御することが考えられる。符号化に際しては、例えば、ハフマン符号化により可変長符号化することが考えられる。このようにすれば、データ変換手段で出力されるデータに対して効率的に符号を割り当てることが可能となる。
【００２０】
そして請求項１５に示すように、データ変換に際して、全選択色位置データあるいは各選択色の位置データに対しては２値ランレングスで変換処理を施し、残存画像データについては多値ランレングスで変換処理を施すことが考えられる。全選択色位置データ及び各選択色の位置データに対しては２値データで表せるため、２値ランレングスで十分であり、このようにデータの性質に応じたランレングスを用いることにより、全体として小さな回路で高速にデータを圧縮することが可能となる。
【００２１】
また、請求項１６に示すように、全選択色位置データあるいは位置データに対しては２値ランレングスで変換処理を施し、残存画像データについてはビットプレーンに分解し、各ビットプレーンのデータに対して順次シリアルに又はパラレルに２値ランレングスで変換処理を施すことも考えられる。このように、選択されていない色に対応するデータについてはビットプレーンによる多精度表現をし、重要度に応じてプレーンに分けることで例えば非可逆圧縮をする際の処理が容易となる。例えば、符号量制御に際して低次のビットプレーンから順番に切り捨てればよいからである。つまり、単純に下位ビットを切り捨てる方法を用いると画質が劣化するが、ビットプレーン単位で重要度が低いものから順番に切り捨てるので、非可逆圧縮によって符号量制御を行っても再現画像に対する影響が相対的に小さくなる。
【００２２】
なお、ビットプレーンに分解することを前提としなくても、符号量制御に際しては、残存画像データについては非可逆的な圧縮を施し、相対的に高圧縮率での圧縮処理を行うことが考えられる。つまり、残存画像データについては非可逆圧縮が可能なので、圧縮データを格納しておくメモリ量が制限されている場合には、このようにして対応すればよい。選択されていない色に対しては可逆圧縮することで、データの符号量を一定にしながら、しかも選択された色は伸長時に完全に元の色となるため、画質向上にも寄与できる。
【００２３】
また、データ変換手段に関しては請求項１７に示すような工夫を施しても良い。つまり、ランレングス処理において、ランレングス変換した際の出力であるラン長が設定した最大値を超える場合、その最大値を出力後、ラン長が０である符号を付加するのである。これは、次の点を考慮した場合の工夫である。ランレングス処理をハードウェアで実現する際、ラン長は内部のカウンタのビット幅に制限される。ここでラン長がビット幅を超える際、ラン長が０であるという符号を挿入する。例えばラン長が８ビットのカウンタにより数えられるハードウェアにおいて、実際のラン長が２６０である場合、２５５，０，５と出力する。ラン長０を挿入することによりビット幅の制限を超えたラン長に対して、符号を割り付けることが可能となる。
【００２４】
また、データ変換手段が各選択色の位置データに対して２値ランレングスで変換処理を施すことを前提とした場合には、請求項１８に示すように、第２のデータ分離手段が優先度決定手段によって決定された優先度の高い色の順に選択色の位置データと選択色間引き画像に順次分離すると共に、その優先度決定手段は、画像データ中の処理方向への色の連続度合いを求め、その連続度合いが高い色の優先度を高くするようにしてもよい。このようにすれば、各選択色の位置データを連続性の高いデータに変換することができ、効率的に圧縮できる。
【００２５】
また、請求項１９に示すように、データ圧縮手段における符号化に関しては、第１のデータ分離手段によって分離された全選択色位置データや残存画像データ、あるいは第２のデータ分離手段によって分離された各選択色の位置データが、処理対象中全て同一データである場合、それを意味する符号に置き換えるようにしてもよい。このようにすれば、符号量の削減がさらに期待できる。
【００２６】
なお、請求項２０に示すように、画像圧縮装置の各手段をコンピュータシステムにて実現する機能は、例えば、コンピュータシステム側で起動するプログラムとして備えることができる。このようなプログラムの場合、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。この他、ＲＯＭやバックアップＲＡＭをコンピュータ読み取り可能な記録媒体として前記プログラムを記録しておき、このＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭをコンピュータシステムに組み込んで用いても良い。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００２８】
［第１実施例］
図１は第１実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本画像圧縮装置は、色選択部１０と、データ分離部２０と、データ圧縮部３０とを備えており、入力した多値の画像データに対して圧縮処理を施すことができるようにされている。
【００２９】
色選択部１０は圧縮対象の画像データ中に含まれる色を選択してデータ分離部２０へ指示し、その指示された色に応じてデータ分離部２０が画像データを分離する。色選択部１０による色選択に関しては、原画像の任意の色であればよく、例えば原画像として地図画像を採用した場合には、例えば道路の色などが考えられる。また、その原画像を用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置から指示された色を選択することが考えられる。例えば原画像が地図画像であればナビゲーション装置からの指示に応じる、といった具合である。
【００３０】
ここでは３つの色を選択色として設定したと仮定し、その場合のデータ分離に関して、図２〜図５も参照して説明する。なお、先願との差異を明確にするため、図２には、先願の手法を実現する場合の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図、図３には、先願の手法のデータ分離状況を示した。また、図４及び図５は本実施例の手法のデータ分離状況を示しているが、図４では残存画像データが少ない場合のデータ分離状況を、図５には残存画像データを多く含む場合におけるデータ分離状況を示した。
【００３１】
まず、多値の入力画像データＤ１に対し、データ分離部２０中の全選択色位置検出ブロックにて３つの選択色が入力画像データのどこにあるのかを検出して、全選択色位置データＤ２を生成する。さらに、第１の分離ブロックにて、選択色のみのデータ（画像選択色データＤ３）と、入力画像データＤ１から画像選択色データＤ３を抜き出した画像（残存画像データＤ４）とに分離する。
【００３２】
この全選択色位置データＤ２はこの時点でデータ圧縮部３０に送られ、２値ランレングス変換後、符号化（符号表から符号を割り付ける）される。また、残存画像データＤ４もこの時点でデータ圧縮部３０に送られるが、残存画像データＤ４の場合には、まずビットプレーンに分解してから２値ランレングス変換を施し、符号化を行う。
【００３３】
一方、画像選択色データＤ３については、データ分離部２０の選択色位置検出ブロックにて、まず、設定された優先度が最も高い選択色で判定し、第２の分離ブロックにて、画像選択色データＤ３中におけるその選択色が存在する位置を示す第１位置データ５と、画像選択色データＤ３中からその選択色（つまり、優先度が最も高い選択色）を抜き出した選択色残存画像データＤ６を分離する。このように分離されて生じた選択色残存画像データＤ６は、選択色位置検出ブロックに送られて、次に優先度の高い選択色で判定し、第２の分離ブロックにて、画像選択色データＤ３中におけるその選択色（つまり、次に優先度の高い選択色）が存在する位置を示す第２位置データＤ７と、画像選択色データＤ３中からその選択色（つまり、次に優先度の高い選択色）を抜き出した選択色残存画像データＤ８に分離する。この動作を設定した選択色の数だけ繰り返す。本実施例であれば、入力画像データＤ１から３つの選択色それぞれに対応する位置データ（つまり、第１，第２，第３位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９）を分離する。これらの位置データは、順次データ圧縮部３０に送られ、ランレングス変換後、符号化される。
【００３４】
このように、本実施例の画像圧縮装置によれば、多値の画像データを圧縮するに際して、残存画像データＤ４と位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９とに分離することにより、次のような基本的メリットが得られる。
残存画像データＤ４は、選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成されるデータであるが、例えば地図画像を考えた場合、道路が種別によって複数の色で描かれている場合、それらの道路の色は背景色の連続性を頻繁に分断することとなり、例えばランレングス変換した際に同じデータが連続するのを妨げていることとなる。これに対して、この道路部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで残存画像データを構成すると背景色の連続性が向上し、上述のランレングス変換した際に同じデータが連続する可能性が大きくなる。したがって、このように選択された色の部分を抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データＤ４を圧縮すると、相対的に圧縮効率が向上する。
【００３５】
上述例で言えば、道路の多い画像データほど、逆に残存画像データの圧縮効率の向上は期待できると言える。そのため、選択された色の部分が存在する画像中の位置を示す位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９については別に圧縮したとしても、トータルとしては、元の画像データをそのまま圧縮する場合に比べて圧縮効率が向上する可能性が大きくなると言える。
【００３６】
なお、位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９については非可逆には圧縮できないので、可逆的に圧縮される。したがって、その位置データＤ２，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９に基づいて選択された色を戻せば、選択色は可逆的となり、色が変わることがなく画質向上に寄与する。なお、色を戻すためには選択色を示すデータも必要であるが、そのデータ量は圧縮対象のデータ量と比較すれば無視できる程度の量であるため、全体として圧縮効率が向上することに何ら支障はない。
【００３７】
このような基本的メリットは図２及び図３に示すような本願出願人による先願においても得られるものであるが、本実施例の場合には、この先願に対してさらに次のような優位性がある。
すなわち、先願の圧縮手法であると、まずある１色を抜き出して位置データと残存画像データとに分離した場合、その位置データ中には、非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。同様に、残存画像データから次の１色を抜き出して位置データと残存画像データに分離した場合のその位置データ中にも非選択色であるという冗長な情報が含まれることとなる。
【００３８】
図３の選択色判定した結果を見れば、そのいずれにおいても、非選択色のデータが含まれていることが分かる。このことが冗長性を増大させ、符号量を増大させてしまう。これは、複数色を順次分離していき、最後の色を分離して初めて最終的な残存画像データが生成される手法となっていたことに起因する。
【００３９】
それに対して本実施例では、図４に示すように、初期に、「最終的な」残存画像データＤ４を生成することによって、画像選択色データＤ３中における非選択色データに関する冗長性を低減している。つまり、最終的に選択されない色に関するデータ（つまり残存画像データＤ４）は画像選択色データＤ３中に存在しないため、冗長性が低減して圧縮効果を高めることができる。また分離後の各選択色の位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９のラン長が長くなる効果を生み、さらなる圧縮が期待できる。
【００４０】
ところで、上記説明では、３つの選択色にそれぞれ対応して生成される位置データについて、全て符号化していたが、選択色画像データＤ３には選択色しか存在しないため、最も優先度が低い選択色の位置データＤ９は符号化しなくてもよい。
【００４１】
その理由は以下の通りである。
上記手法によれば、選択色画像データＤ３から優先度が最も高い色を抜き出して第１位置データＤ５と選択色残存画像データ６を生成し、その選択色残存画像データ６に対して次に優先度の高い色を抜き出して第２位置データＤ７と選択色残存画像データＤ８を生成する。この第２位置データＤ７は残り２色の内の当該選択色の相対的な位置を示すことになる。つまり、一般化して言えば、選択色の抜き出しを２番目に優先度の低い選択色判定まで繰り返したとすると、その際の選択色残存画像データＤ６には、２番目に優先度の低い選択色か最も優先度の低い選択色かの２つの画像データしか含まれていない。つまり、この段の判定において、２番目に優先度の低い選択色が存在しない位置にはかならず最も優先度が低い判定色が存在することとなる。従って最も優先度の低い選択色に対する位置データは判定しなくても、その位置を特定することができる。
【００４２】
但し、「最も優先度の低い位置データ」についても符号化した場合には、相対的に処理負荷が増えるが、この場合には、次のメリットがある。つまり、最も優先度の低い位置データについては、必ず同じデータが連続している（例えば選択色を１で表した場合には、全部１でないといけない）はずである。したがって、同じデータが連続していない場合には、何らかの誤った処理が実行された可能性がある。このような誤処理判定ができる。
【００４３】
また、データ圧縮部３０におけるランレングス処理をハードウェアで実現する際、そのラン長は内部のカウンタのビット幅に制限される。そこで、本実施例では、ラン長がビット幅を超える際、ラン長が０であるという符号を挿入するようにしている。例えばラン長が８ビットのカウンタにより数えられるハードウェアにおいて、実際のラン長が２６０である場合、２５５、０、１５と出力する。ラン長０を挿入することにより、ビット幅の制限を超えたラン長に対して符号を割り付けることが可能である。つまり、例えば０，１の２値の内、１のラン長が２６０であることを示す場合、単に２５５、５と表しただけでは、後の５が１のラン長を示すのか０のラン長を示すのかが不明となるが、このように、ラン長０を挿入することにより、２５５のラン長の１→０のラン長の０→５のラン長の１であることが明確になり、結果としてラン長が２６０の１を示していることとなる。これによって、８ビットのカウンタでも２５６以上のラン長を示すことができるようになる。もちろん、内部カウンタのビット幅を大きく設定しておけば対処できるが、このような長大なラン長になることが稀な場合には、無駄に大きなビット幅を持つこととなり、回路規模やコストの無駄に増大させてしまうこととなる。そのため、このような工夫が有効である。
【００４４】
なお、ハードウェアで実現する場合には、図６に示すように、データ分離部２０ｂにおける選択色の位置検出及び第２の分離を１サイクルで実行可能なため、データ圧縮部３０ｂを、分離して得られた複数色の位置データを並列に処理する構成にすることも可能である。同様に、残存画像データＤ４をビットプレーン分解した後、プレーン毎のデータを並列に処理することも可能である。
【００４５】
［第２実施例］
図７（ａ）に第２実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図を示す。本実施例では、入力画像データについて、残存画像データの（元画像に対する）割合を算出し、その算出した割合に基づいて、図２及び図３に示した先願の手法と、図１及び図４などに示した第１実施例の手法のいずれか一方を選択し、その選択された手法に応じたデータ分離・圧縮手法を用いる。
【００４６】
これは、次の点を考慮したものである。つまり、先願の手法の場合には位置データは選択された色の数しかないが、第１実施例の場合には、選択色それぞれに対応する位置データ（第１，第２，第３位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９）に加えて、初期に生成される全選択色位置データＤ２が存在する。そのため、最終的な残存画像データの元データに対する割合が相対的に大きい場合には、第１実施例の手法が有効であるし、逆に残存画像データの割合が相対的に小さい場合には、先願手法の方が有効となる。
【００４７】
そこで、いずれが有効かを判定し、有効な方の手法を採用する。これら両手法の有効性は、初期に全選択色位置データＤ２・画像選択色データＤ３と残存画像データＤ４とに分離することによる処理係数と、残存画像データの冗長性を許し順次選択色の位置データを生成することによる処理係数の違いで比較することができる。つまり、両手法の処理係数の関係から求めた入力画像データにおける非選択色（残存画像データ）の割合を用いる。図７（ｂ）にその閾値曲線を示す。この閾値曲線は、総画素数をＮ、選択色数をｎ、残存画素数をａとした場合に、残存画素数の割合（ａ／Ｎ）＝１／選択色数ｎとなる曲線である。
【００４８】
そして、図７（ａ）に示す残存画像データ割合算出ブロックでは、入力画像データをスキャンし、残存画像データの割合を算出する。そして、分離手法選択ブロックでは、求められた割合が閾値曲線の上方に位置する場合、残存画像データが多いため、第１実施例の手法で入力画像データを分離し、それぞれ別々に圧縮する方が有効であるため当該手法を選択する。一方、求められた割合が閾値曲線の下方に位置する場合、全選択色位置データは生成せずに従来手法によって圧縮を行う方が有効であるため、当該手法を選択する。
【００４９】
このように分離手法を適応的に変えることにより、入力画像に適した圧縮を実現することができる。
［第３実施例］
第１実施例では、色選択部１０による色選択に関して、原画像の任意の色であればよい旨や、原画像を用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置（例えばナビゲーション装置）から指示された色を選択することが考えられる旨を開示した。しかし、入力される画像の特徴に基づいて選択色を決定することが好ましい。また、第１の分離によって得られた画像選択色データＤ３に対して、第２の分離を行う順番についても入力される画像の特徴に基づいて選択色を決定することが好ましい。そこで、図８に示すように、色選択部１０においては、着目している色データの出現頻度を算出し、その結果に基づいて選択色を決定する。そして、色データの連続性を算出し、その結果に基づいて選択色優先度を決定する。これらの決定結果を用いて、第１実施例または第２実施例のデータ分離及びデータ圧縮を行う。
【００５０】
さらに具体的に説明する。例えば図９に示すように、画像データが５色（色番号１〜５）で表現され、選択色を３色とする場合を例にとって説明する。選択色は出現頻度とスキャン方向のデータの連続性により決定される。ランレングス処理において、エントロピーを低減するためにはラン長をなるべく長くなるように位置データをつくる必要がある。出現頻度が高い色はラン長が長くなる可能性が高い。従ってまず出現頻度が高いものから選択色を決定する。まず入力画像データＤ１をラスター方向にスキャンし、各色の出現頻度を求める。図９に示す例であれば色番号１，２，３が選ばれることになる。
【００５１】
出現頻度が同じである場合、さらに分離によるラン長を長くするため、スキャン方向の連続性が高い色の優先度を高くする。図９に示す例では色番号２，３の出現頻度が同一であるが、ラスター方向の連続性は色番号３の方が高い。従って選択色は優先度が高い順に色番号１→色番号３→色番号２の順に設定する。このように選択色を決定することにより各分離位置データを連続性の高いデータに変換する事ができ、効率的に圧縮することができる。
【００５２】
なお、この選択色の決定は入力画像データの第１フレーム時にのみ更新してもよく、またフレーム毎に更新しても構わない。例えば地図画像などのように背景・道路などのように画像を構成する基本要素がある程度固定である場合には、第１フレーム時にのみの更新でも、特段問題がないと思われる。
【００５３】
なお、本発明はこのような実施例に何等限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得る。
（１）上記実施例では複数色を選択することを前提とするため、ｎ色選択した場合はフラグファイルをｎファイル準備し、ｎビットで２n−１ の色の各々存在する位置を示す選択色フラグファイルを作成することが考えられる。例えば色として赤、緑、青の３色を選択した場合、「００」がいずれの色も選択されていない状態を示し、「０１」が赤を示し、「１０」が緑を示し、「１１」が青を示すようにすれば、２ビットで３色を示すことができる。つまり、この考え方であれば、ｎビットのデータ列からなる１つの選択色フラグファイルを準備すれば、２n−１ の色に対応できる。これによって、選択色フラグファイル自体のデータ量が相対的に低減し、圧縮効率の向上にさらに寄与する可能性がある。
【００５４】
（２）上記実施例では、圧縮対象の画像データの一例として地図画像を挙げたが、もちろんこれには限定されない。
（３）また、符号の割付に関しては、第１の分離ブロックによって分離された全選択色位置データＤ２や残存画像データＤ４、あるいは第２の分離ブロックによって分離された各位置データＤ５，Ｄ７，Ｄ９について、その処理対象のデータが同一データである場合、それを示す符号を決めておけば、例えば位置データをランレングス処理を施す場合に各選択色の異なるデータサイズに対する符号量を削減することが可能である。例えば図５に示す第１位置データＤ５は、画像選択色でＤ３に対して選択色判定を行った結果であるが、この場合は、全てのデータが選択色と一致しないので、同一データとなる。また、このような位置データだけでなく、残存画像データＤ４についても、ビットプレーン分解して２値ランレングス処理を行うため、位置データ同様、ビットプレーン単位で同一の情報を持つ可能性がある。そのため、処理対象をビットプレーン単位とすれば、処理対処中の全てのデータが同一でとなる可能性があるため、残存画像データＤ４についても本手法は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】先願の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】先願の手法のデータ分離状況を示す説明図である。
【図４】第１実施例の手法によるデータ分離状況（但し、残存画像データが少ない場合）を示す説明図である。
【図５】第１実施例の手法によるデータ分離状況（但し、残存画像データが多い場合）を示す説明図である。
【図６】選択色位置及びデータ分離をハードウェアを用いて１サイクルで行い、ランレングス変換及び符号化を並列に処理する場合の概略構成を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は第２実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は分離手法選択曲線の説明図である。
【図８】第３実施例の画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】第３実施例の場合の選択色及び優先度の決定方法の説明図である。
【符号の説明】
１０…色選択部、１５…優先度決定部、２０，２０ｂ…データ分離部、３０，３０ｂ…データ圧縮部
Claims (20)
- 多値の画像データを圧縮する方法であって、
前記画像データを、任意に選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された複数色の部分のデータ全体の存在する位置を示す全選択色位置データと、選択色のデータのみで構成される選択色データとに分離し、
さらに前記選択色データを、所定の選択色の順に、その選択色のデータが存在する位置データとその選択色のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される選択色残存画像データに順次分離し、
前記残存画像データと、前記全選択色位置データと、前記各選択色の位置データとを、別々に圧縮すること
を特徴とする画像圧縮方法。 - 多値の画像データを圧縮する方法であって、
前記画像データを、任意に選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された複数色の部分のデータ全体の存在する位置を示す全選択色位置データと、選択色のデータのみで構成される選択色データとに分離し、さらに前記選択色データを、所定の選択色の順に、その選択色のデータが存在する位置データとその選択色のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される選択色残存画像データに順次分離し、前記残存画像データと、前記全選択色位置データと、前記各選択色の位置データとを、別々に圧縮する第１の圧縮手法と、
前記画像データを、任意に選択された複数色の内の一の色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された一の色の存在する位置を示す選択色位置データとに分離し、さらに、前記残存画像データに対して同様に前記残存画像データと選択色位置データとに分離する、という処理を前記複数色分だけ行う第２の圧縮手法と
のいずれの手法を用いるかを、前記画像データの画像的特徴に基づいて決定し、その決定された圧縮手法を用いて圧縮すること
を特徴とする画像圧縮方法。 - 多値の画像データを圧縮する装置であって、
前記画像データから、任意の複数色を選択する色選択手段と、
前記画像データを、前記色選択手段によって選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された複数色の部分のデータ全体の存在する位置を示す全選択色位置データと、選択色のデータのみで構成される選択色データとに分離する第１のデータ分離手段と、
さらに前記第１のデータ分離手段によって分離された選択色データを、所定の選択色の順に、その選択色のデータが存在する位置データとその選択色のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される選択色残存画像データに順次分離する第２のデータ分離手段と、
前記第１のデータ分離手段によって分離された前記残存画像データ及び前記全選択色位置データと、前記第２のデータ分離手段によって分離された前記各選択色の位置データとを、別々に圧縮するデータ圧縮手段と
を備えたことを特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３記載の画像圧縮装置において、
さらに、
前記画像データを、前記色選択手段によって選択された複数色の内の一の色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データと、前記選択された一の色の存在する位置を示す全選択色位置データとに分離し、さらに、前記残存画像データに対して同様に前記残存画像データと選択色位置データとに分離する、という処理を前記複数色分だけ行う第３のデータ分離手段と、
前記第３のデータ分離手段によって分離された前記最終的な残存画像データと、前記各分離処理において得られた前記選択色位置データとを、別々に圧縮する第２のデータ圧縮手段と、
前記色選択手段、前記第１のデータ分離手段、前記第２のデータ分離手段及び前記データ圧縮手段を用いた第１の圧縮手法と、前記色選択手段、前記第３のデータ分離手段、前記第２のデータ圧縮手段を用いた第２の圧縮手法と、のいずれの方法を用いるかを、前記画像データの画像的特徴に基づいて決定する圧縮手法決定手段と
を備え、前記圧縮手法決定手段によって決定された圧縮手法を用いて圧縮すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項４記載の画像圧縮装置において、
前記圧縮手法決定手段は、前記色選択手段によって選択された複数色の部分のデータを抜き出した後に残るデータのみで構成される残存画像データの全画像データ中に占める割合に基づいて決定すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜５のいずれか記載の画像圧縮装置において、
複数の選択色中の優先度を決定する優先度決定手段を備え、
前記第２のデータ分離手段は、前記優先度決定手段によって決定された優先度の高い色の順に前記選択色の位置データと前記選択色残存画像データに順次分離すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項６記載の画像圧縮装置において、
前記データ圧縮手段は、前記第２のデータ分離手段によって分離されたデータの内、最も優先度の低い位置データについては圧縮しないこと
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜７のいずれか記載の画像圧縮装置において、
前記色選択手段は、前記画像データ中での使用量に基づいて色を選択すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項８記載の画像圧縮装置において、
前記色選択手段は、前記画像データを用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置から指示された色を選択すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項８記載の画像圧縮装置において、
前記色選択手段は、前記画像データ中で相対的に多く使用されている色を検出し、その検出した色を選択すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項４〜１０のいずれか記載の画像圧縮装置において、
前記優先度決定手段は、前記画像データ中での使用量に基づいて優先度を決定すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項１１記載の画像圧縮装置において、
前記優先度決定手段は、前記画像データを用いて所定のアプリケーション処理を実行する外部装置からの指示に応じて優先度を決定すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項１１記載の画像圧縮装置において、
前記優先度決定手段は、前記画像データ中での色の使用量を検出し、その検出量が多いほど優先度を高く決定すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜１３のいずれか記載の画像圧縮装置において、
前記データ圧縮手段は、前記分離された各データを並列に圧縮する手段を備えていること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜１４のいずれか記載の画像圧縮装置において、
前記データ圧縮手段は、
前記画像データをエントロピーを低減するように変換するデータ変換手段と、
該データ変換手段によって変換されたデータに可変長符号を割り当てる符号化手段と、
該符号化手段によって符号化された画像データのデータ量を制御する符号量制御手段とを備えており、
前記データ変換手段は、前記全選択色位置データあるいは前記各選択色の位置データに対しては２値ランレングスで変換処理を施し、前記残存画像データについては多値ランレングスで変換処理を施すこと
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜１４のいずれか記載の画像圧縮装置において、
前記データ圧縮手段は、
前記画像データをエントロピーを低減するように変換するデータ変換手段と、
該データ変換手段によって変換されたデータに可変長符号を割り当てる符号化手段と、
該符号化手段によって符号化された画像データのデータ量を制御する符号量制御手段とを備えており、
前記データ変換手段は、前記全選択色位置データあるいは前記各選択色の位置データに対しては２値ランレングスで変換処理を施し、前記残存画像データについてはビットプレーンに分解し、各ビットプレーンのデータに対して順次シリアルに又はパラレルに２値ランレングスで変換処理を施すこと
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項１５又は１６記載の画像圧縮装置において、
前記データ変換手段は、前記ランレングス処理において、ランレングス変換した際の出力であるラン長が設定した最大値を超える場合、その最大値を出力後、ラン長が０である符号を付加すること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項１５〜１７のいずれか記載の画像圧縮装置において、
複数の選択色中の優先度を決定する優先度決定手段を備え、
前記第２のデータ分離手段は、前記優先度決定手段によって決定された優先度の高い色の順に前記選択色の位置データと前記選択色間引き画像に順次分離すると共に、
前記優先度決定手段は、前記画像データ中の処理方向への色の連続度合いを求め、その連続度合いが高い色の優先度を高くすること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜１８のいずれか記載の画像圧縮装置において、
前記データ圧縮手段は、前記第１のデータ分離手段によって分離された前記全選択色位置データや前記残存画像データ、あるいは前記第２のデータ分離手段によって分離された前記各選択色の位置データが、処理対象中全て同一データである場合、それを意味する符号に置き換えること
を特徴とする画像圧縮装置。 - 請求項３〜１９のいずれか記載の画像圧縮装置の各手段としてコンピュータシステムを機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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